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全面屏的任意屏下指纹 触控、显示和指纹识别将三合一

不久前,苹果X的发布未采用指纹识别而用了人脸识别,引发关注与猜测。早前,国际电子商情询问指纹芯片厂商Synaptics,其光学指纹传感器将于明年2、3月左右量产上市。未来全面屏的屏下指纹将从最初在指定位置,最终在玻璃下的任何地方。随着时间推移,三大功能 — 触控、显示和指纹识别将可能全部集成进单一IC。

智能手机已经成为每个人的贴身助理,在生活的方方面面都扮演着重要的角色。无论是基本的语音和数据通信,还是复杂的金融交易、地图导航甚至娱乐游戏等应用程序,我们需要通过手机这一设备完成。对于大多数应用程序来说,用户都希望通过一块尽可能大的屏幕来获得更引人入胜的体验。但是,因为用户在处理许多个人事务时非常依赖手机,因此他们也需要确保手机能拥有最可靠的安全性。这种双重期望就为设备制造商带来了一些挑战。mE3esmc

让显示区域最大化,则意味着需要移除现在智能手机正面的绝大部分硬件。结果就得到了我们所说的“全面屏”,也就是消除了左右边框,仅在顶部和底部的保留很窄的边框。取消侧面边框之后,显示屏便可以做到从左至右的全屏显示,而且两侧的屏幕甚至还能够弯曲,从而提升许多现有的应用,甚至还能实现一些创新的应用。mE3esmc

物理Home键将因为“全面屏”的设计而消失,随之消失的是通常放置在这一按键下的指纹传感器。由于多种原因,指纹已变成最主要的生物识别认证方式,而且用户也期望指纹识别能够继续保留在全面屏手机上。因此,我们必须要用某种方式,在其他某个地方放入指纹传感器。最近Synaptics分析了全面屏的屏下指纹技术以及趋势。mE3esmc

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仅有的两种穿透700微米盖板玻璃的光学指纹和超声波指纹

高分辨率的大屏幕是优质用户体验的基础,不过称心如意的用户体验也需要简单、便捷和高度的安全,这都要求终端设备将指纹识别保留在正面。原因是:当终端放在桌上而且屏幕朝上时,只有正面的传感器才能够让用户简单地一触便解锁。指纹识别后置的最大缺点,就在于用户必须拿起手机才能解锁。mE3esmc

随着全面屏上部和底部边框区域的缩减(有可能完全消失),指纹传感器将需要被放置于显示区域内,而做到这一点需要攻克一些极有难度的工程挑战。其中一个挑战是,指纹要能够透过盖板玻璃可靠地扫描,并实现需要的分辨率,分辨出指纹图像中微小的突起和沟壑。电容式指纹识别技术能穿透的最大厚度约为300-400微米(0.3-0.4毫米)。对于任何一块更厚的盖板玻璃,电容式指纹传感器都无能为力。mE3esmc

但值得注意的是,尽管电容式传感器或许不适用于全面屏指纹识别,但其仍将是触屏控制的最理想技术,无论全面屏手机与否。电容式传感器成为最主流的触屏技术,因为其性能良好而且价格便宜,特别是在其获得主流地位后实现规模效益。在可预见的未来,情况还将继续如此。mE3esmc

仅有的两种可以穿透厚达700微米(0.7毫米)盖板玻璃并进行指纹识别的技术,一个是超声波,一个是光学。超声波非常灵敏,但高功耗和高成本可能会让这一技术仅适用于某些特定设备上。光学传感技术已经成功且经济地在商业和政府应用中使用了多年,而且最新的技术进步也能让硬件小到足以放入智能手机显示屏下。这种全新用法还可以抵消光学技术需要背光源的劣势,因为将传感器置于显示屏内便不再需要单独的背光源。mE3esmc

屏下指纹从指定位置到任意位置的挑战在于:光学传感技术、显示驱动器、触控控制器三者集成

尽管技术挑战是艰巨的,但并非无法克服。正如触控和显示集成在分阶段地演进,预计在全面触控显示屏中额外集成指纹传感器也将分阶段演进 — 最初在指定位置,最终在玻璃下的任何地方。mE3esmc

光学指纹传感器将在初步阶段位于屏幕中的某一指定位置,我们有理由期待这种方案的商业可行性,因为在指定显示区域中,图像二极管传感器能够利用显示屏本身作为必要光源。为了鼓励市场接受度,此类设计可做成相当于Home键的虚拟按键。用户已经熟悉并且习惯于使用Home键,因此显示屏上出现虚拟Home键能延续良好的用户体验。mE3esmc

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出于下一部分要解释的原因,能够在显示屏上任何地方识别指纹将会是终极需求。这就引出了一系列难度更大的挑战。实际上,实现全屏识别指纹所需的工程量是巨大的。光学传感技术需要与显示驱动器和触控控制器进行集成,此类显示集成很可能需要模仿此前在堆叠架构中集成显示和触控功能的技术演进。mE3esmc

实现最初的专用扫描区域(虚拟Home键)可能会采用分离式设计,光学指纹传感器可能被置于显示层之上或之下,类似于分离式触控或on-cell触控技术。在屏幕上任何地方进行指纹识别的下一代设计可能将传感器直接集成到显示层,类似于in-cell触控技术。mE3esmc

随着显示堆叠集成度的不断演进,辅助性电路也会演进发展。当今智能手机的最先进的技术是触控与显示驱动集成(TDDI),也就一颗IC同时处理触控和显示功能。对于全面屏,预计最初TDDI可以与独立指纹传感器IC共存,就像目前手机中TDDI和Home键中集成指纹传感器共存一样。随着时间推移,三大功能 — 触控、显示和指纹识别 — 将可能全部集成进单一IC。利用传感器矩阵中的通用显示像素导线,并在单一IC中集成全部三大基本功能,通过简化工程与制造,显著降低了成本。mE3esmc

面部识别、虹膜识别方案对指纹识别形成补充

“全面屏”手机正面依然需要保留的一个硬件就是摄像头,因为自拍以及视频通话都需要通过前置摄像头来完成。同一颗摄像头还可以用于面部识别或虹膜识别,这些其他的生物识别方案将作为额外的生物特征,对指纹识别的形成补充。mE3esmc

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越多越多的用户已经接受使用生物特征的方式来解锁设备和授权交易。扫描手指比起创建和牢记“复杂”的密码也要方便得多,而且在提升移动设备的安全性方面还有很多其他优势。目前几乎所有高端和中端智能手机都支持指纹识别。用户们都很喜爱也信任指纹,而且还期待在他们的新手机上也能继续使用这种成熟可靠的认证方法。mE3esmc

在显示屏上任何地方识别指纹,将同时提升安全性和用户体验。集成在屏幕中之后,传感器扫描的指纹图像不再受限于Home键的尺寸大小,而可以得到更大也更完整的指纹图像,因此更难被伪造或冒用,从而实现更可靠的匹配和更低的误拒率,提升了安全性。更大指纹图像也可以降低匹配时延,减少录入时可能需要的按压次数。此外,在任意位置识别指纹的功能也能让用户在应用中操作或付款时,不打断操作逻辑地自动完成身份认证。mE3esmc

此类运行在后台或着持续的认证将提升用户体验。例如,当你划动解锁的时候,手机就会自动完成识别和认证。或者当你输入付款金额的时候,就可以完成认证交易(多次)。还有另一种交互方式,比如对某些交易来说,需要更明显的认证过程并且要保证用户的认证操作是有意识的,那么就可以在屏幕上显示一个虚拟按键,引导用户“触摸这里进行授权”。mE3esmc

安全性还能通过像Synaptics MultiMatch等技术结合多种生物特征的形式得到进一步提升。这一多重特征融合引擎结合来自指纹和面部扫描的结果,让终端级和应用级的认证几乎万无一失、并且还能保证良好的用户体验。防伪造和人工智能技术可侦测用假体指纹和/或图像来欺骗生物特征匹配过程的企图。这些基础的技术全都具备扩展性,可以在未来支持其他生物特征身份形式,例如语音识别以及甚至DNA。mE3esmc

因为能够提供更富沉浸感的用户体验(三星盖乐世S8发布所引发的兴奋足以证明这一点),超大显示屏成为全新高端手机的关键竞争力。而且随着相关技术的发展并实现了规模经济,甚至中低端机型也将配备全面屏。mE3esmc

但也正如用户吐槽盖乐世S8指纹识别于背面所说明的,消费者期待搭载全面屏的未来机型将让指纹识别回归手机正面。这将通过实现连贯和多重特征认证提升用户体验和安全性。在屏下指纹技术方面,Synaptics表示准备充分,作为智能手机人机界面的开创性领军企业,Synaptics拥有在全面屏设备中集成指纹传感器和触控所需的核心竞争力和知识产权。mE3esmc

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